„Power Saving IC” Wie ein gescheitertes IoT-Projekt zur einem extrem stromsparenden Chip führte

Anbieter zum Thema

ACTRON AG

Jauch Quartz GmbH

ET System electronic GmbH

Der norwegische Entwickler Nanopower bringt seinen extrem genügsamen Baustein Npzero in Serie. Auf der Embedded World verriet das Unternehmen nun, wie Batteriefrust zur Gründung führte und warum bald eine noch kleinere Version für Wearables folgt.

Die Idee für den stromsparenden Chip entstand aus einem eigenen Fehlschlag. Ursprünglich wollte das Team um CTO und Mitgründer William Xavier Sensormodule für die Logistikbranche bauen. Die Prototypen funktionierten hervorragend und maßen Temperatur, Feuchtigkeit und Vibration. Doch ein entscheidendes Detail verhinderte den Markterfolg. Das Modul verbrauchte schlichtweg zu viel Strom. Aus diesem Frust heraus beschloss das Unternehmen, das Problem an der Wurzel zu packen und einen eigenen Chip zu entwerfen, der die Batterielaufzeit drastisch verlängert. Heute positioniert sich Nanopower mit dem Npzero als Lösungsanbieter für exakt diesen Schmerzpunkt.

Der Baustein agiert als Begleiter für den Hauptprozessor in einem vernetzten Gerät. Im laufenden Betrieb schaltet der Npzero den eigentlichen Mikrocontroller komplett ab und übernimmt selbst die regelmäßige Überwachung der Sensoren. „Wir sind keine Low-Power-MCU. Wir sind kein PMIC. Wir sind ein PSIC“, beschreibt Anthony Carter, VP Sales bei Nanopower, den Ansatz im Gespräch mit ELEKTRONIKPRAXIS. PSIC steht dabei für Power Saving IC.

Von Mikroampere zu Nanoampere

Während ein herkömmlicher Mikrocontroller im Wartemodus typischerweise noch rund 125 Mikroampere aus der Batterie zieht, arbeitet der Npzero im Nanoampere-Bereich. Das erklärte Ziel für den Betriebsstrom liegt bei lediglich 90 Nanoampere. Dieser drastische Rückgang wirkt sich direkt auf die Lebensdauer der Energiespeicher aus. Bei einem Kundenprojekt, das von einer handelsüblichen Knopfzelle gespeist wird, verlängerte sich die Laufzeit massiv. „Wir haben tatsächlich einen Kunden, der gezeigt hat, dass sich die Batterielaufzeit von zwei auf sechs Jahre verlängert hat“, erklärt Carter.

Das Design dieses sogenannten Sub-Threshold-Chips entsteht im portugiesischen Porto in enger Zusammenarbeit mit der dortigen Universität. Die Fertigung im 120-Nanometer-Verfahren übernimmt der Auftragsfertiger UMC in Taiwan. Die Produktion derart genügsamer Schaltungen birgt physikalische Herausforderungen, insbesondere was die gleichbleibende Ausbeute auf den Wafern betrifft. Diese Hürden hat das Unternehmen nun überwunden und die Serienfertigung gestartet.

Ausblick: Noch kleiner für smarte Ringe

Parallel zum Produktionsstart der aktuellen Gehäusebauform arbeitet Nanopower bereits an der nächsten Stufe der Miniaturisierung. Für Anwendungen, bei denen der Platz extrem begrenzt ist, etwa bei Fitness-Ringen oder Datenbrillen, kündigt das Unternehmen eine CSP-Variante an. Dieser Baustein misst nur noch zwei Millimeter und ist damit halb so groß wie die aktuelle Version. Oftmals diktiert die Batterie die Größe des Endgeräts. Wenn der Chip den Stromverbrauch senkt, können Entwickler kleinere Batterien einbauen und somit deutlich kompaktere Produkte entwerfen.

Um Hardware-Entwicklern den Einstieg zu erleichtern, stellt Nanopower neben Software-Werkzeugen auch neue Evaluierungs-Hardware vor. Ein neues, briefmarkengroßes Board, intern als C-Serie oder schlicht Stamp bezeichnet, ermöglicht es Ingenieuren, den Npzero schnell in bestehende Schaltungen einzufügen oder wieder zu entfernen. So lässt sich der direkte Vorher-Nachher-Vergleich beim Stromverbrauch einfach messen. Der Fokus des Unternehmens liegt auf einer schnellen und reibungslosen Integration in die Projekte der Kunden: „Wir wollen wirklich, dass unsere Entwicklungsingenieure erfolgreich sind, und zwar schnell, und dass sie damit ein möglichst effektives Design realisieren“, betont der Vertriebschef. (mc)

Energie im IoT sparen

Mit nPZero-ICs das letzte Quäntchen Stromverbrauch im IoT reduzieren

(ID:50788166)